计算机网络笔记（4）传输层协议（Internet、UDP、rdt）-CFANZ编程社区

文章目录

- 传输层

传输层

基本理论和基本机制

多路复用/分用
可靠数据传输机制
流量控制机制
拥塞控制机制

传输层协议为运行在不同Host上的进程提供了一种逻辑通信机制(端到端)

端系统运行传输层协议

发送方：将应用递交的消息分成一个或多个的segment，并向下传给网络层
接收方：将接收到的segment组装成消息，并向上交给应用层

Internet传输层协议

可靠(不易丢失)、按序的交付服务(TCP)
- 拥塞控制
- 流量控制
- 连接建立
不可靠的交付服务(UDP)
- 只实现了传输层的必要的服务
两种服务均不保障
- 延迟
- 带宽

多路复用和多路分用

如果某层的一个协议对应直接上层的多个协议/实体，则需要复用/分用。
多路复用

分用原理：

主机接收到IP数据报(datagram)
- 每个数据报携带源IP地址、目的IP地址。
- 每个数据报携带一个传输层的段(Segment）。
- 每个段携带源端口号和目的端口号
主机收到Segment之后，传输层协议提取IP地址和端口号信息，将Segment导向相应的Socket
- TCP做更多处理

分用工作：

无连接分用
- 利用端口号创建Socket
  - DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket(99111);
  - DatagramSocket mySocket2 = new DatagramSocket(99222);
- UDP的Socket用二元组标识 (目的IP地址，目的端口号)
- 主机收到UDP段后
  - 检查段中的目的端口号
  - 将UDP段导向绑定在该端口号的Socket
- 来自不同源IP地址和/或源端口号的IP数据包被导向同一个Socket
面向连接的分用
- TCP的Socket用四元组标识
  - 源IP地址
  - 源端口号
  - 目的IP地址
  - 目的端口号
- 接收端利用所有的四个值将Segment导向合适的Socket
- 服务器可能同时支持多个TCPSocket
  - 每个Socket用自己的四元组标识
- Web服务器为每个客户端开不同的Socket

UDP协议(User Datagram Protocol)

UDP

基于Internet IP 协议

复用/分用
简单的错误校验

"Best effort"服务，UDP端可能问题：

丢失
非按序到达

无连接协议

UDP发送方和接收方之间不需要握手
每个UDP段的处理独立于其他段
因为不需要建立连接因此减少了延迟
实现简单——无需维护连接状态
头部开销少
没有拥塞控制——应用可更好的控制方法送时间和速率

用途

常用于流媒体应用
- 容忍丢失
- 速率敏感
UDP还用于
- DNS
- SNMP
可靠数据传输
- 在应用层增加可靠性机制
- 应用特定的错误恢复机制

UDP校验和(checksum)

目的：检测UDP段在传输中是否发发生错误(如位翻转)

校验和的计算(发送方)

以IP首部中的校验和为例。
- 首先把校验和字段清零；
- 然后对每 16 位（2 字节）进行二进制反码求和；
- 反码求和时，最高位的进位要进到最低位，也就是循环进位。先取反后相加与先相加后取反，得到的结果是一样的

校验和的校验(接收方)

以IP首部中的校验和为例。
- 接收方进行校验时，也是对每16位（2字节）进行二进制反码求和。
- 接收方计算校验和时的首部与发送方计算校验和时的首部相比，多了一个发送方计算出来的校验和的反码。
- 如果首部在传输过程中没有发生差错，那么接收方计算的结果应该为全0。

可靠数据传输协议(rdt)

可靠——不错、不丢、不乱
可靠数据传输

rdt_send():应用层将数据交付给可靠传输协议(rdt)以发送给对方
udt_send()：被rdt调用，在不可靠的信道上向接收方传输数据
rdt_rcv():当数据包到达接收方信道时被调用
deliver_data():向上层应用交付数据
rdt_send()和deliver_data()是单向的，应用层发送和接收到的都是正确的
udt_send()和rdt_rcv()是双向的，说明在不可靠的信道通道进行数据传输，需要双向的控制消息流动

rdt1.0：可靠信道上的可靠数据传输
- 条件：底层信道完全可靠
  - 不会发送错误
  - 信道不会弄丢分组
rdt2.0：产生位错误的信道
- 底层信道可能翻转分组中的位（bit）
  - 利用校验和检测位错误
- 错误恢复
  - 确认机制(Acknowlegements,ACK):接收方显示的告诉发送方分组已经正确接收。
  - NAK：接收方显示的告诉发送方分组错误
  - 发送方收到NAK后，重传分组
- 基于这种重传机制的rdt协议称为**ARQ(Automatic Repeat reQuest)**协议,Rdt2.0比Rdt1.0中新引入的新机制
  - 差错检测
  - 接收方反馈控制信息：ACK/NAK
  - 重传
rdt2.1：产生位错误的信道
- 如果ACK/NAK 消息发生错误/被破坏(corrupted)会怎么样
  - 为ACK/NAK增加校验和，检错并纠错
  - 如果ACK/NAK 坏掉，发送方重传
  - 不能会简单的重传：产生重复分组
- 如何解决重复分组问题
  - 增加序列号(sequence number):发送方给每个分组增加序列号
  - 接收方丢弃重复分组
  - 发送方为每个纷纷组增加了序列号(0,1),01两个即可
  - 注意：第一条数序列号seq=0，当收到接收方返回该数据已经收到且无损害时，seq=1，表示第二条数据，两个序列号够用，因为使用了停等协议。
rdt2.2：无NAK消息协议(与rdt2.1功能相同,但是只是用ACK)
- 接收方通过ACK告知最后一个被正确接收的分组
- 在ACK消息中显式地加入被确认分组的序列号
- 发送发放收到重复ACK之后，采取与收到NAK消息相同的动作
  - 重传当前分组
rdt3.0
- 能够正确工作，但性能很差
  - 网络协议限制了物理资源的利用